鄱阳湖湖流监测与分析

(.， 33000； .省鄱阳湖水文局， 33800)

1 概 况

中华人民共和国成立初期，鄱阳湖就开展了水文监测研究工作[1]。1959年鄱阳湖实验站建造了第一个波浪观测站，即都昌波浪实验站，对湖区波长、波速、风向风速、波状、波向、水位、水深和天气状况进行了监测；1963年10月，在全湖布设89处固定垂线进行了鄱阳湖地表形态、水文气象流动调查和定位观测，对固定垂线湖流、悬移质含沙量、湖底质、泥沙颗粒分析、水质等进行了监测；进入21世纪以来，为进一步掌握鄱阳湖湖流特征与形态，2007年9月启动了鄱阳湖水质水量动态监测，并分别于2010年10月、2010年12月(2次)、2012年5月、2013年3月开展了5次鄱阳湖湖流监测。

2 监测系统

5次鄱阳湖湖流监测主要对鄱阳湖湖面与入湖“五河”尾闾水位、流态(流速、流向)、流量、波浪以及滨湖地区主要水文气象要素进行监测[2]。

鄱阳湖水文生态监测研究的水流(水量)监测，以现有水文站网布设的有关规范、规程为依据。并在此基础上，进一步优化、调整、充实水文站网，以满足鄱阳湖水文生态监测研究水流(水量)监测的需要，形成完整的鄱阳湖水文生态监测站网体系。其具体布置如下：

(1) 鄱阳湖湖面水位监测，共布设12处监测站。

(2) 鄱阳湖湖面波浪监测，新设棠荫站，新建波浪自动在线监测系统。

(3) 入湖“五河”尾闾水位监测，共布设16处监测站。

(4) 入湖“五河”尾闾流态(流速、流向)、流量监测，共布设20处监测站。

(5) 入江水道的水位、流态(流速、流向)、流量监测，布设1个控制监测站。

(6) 鄱阳湖湖面与滨湖地区水文气象要素监测，共布设2处监测站。

(7) 滨湖地区地下水水位、水温、水质监测，共布设6处监测站。

(8) 滨湖地区土壤墒情监测，共布设9处监测站。

3 监测方法

3.1 监测断面的布设

鄱阳湖湖流监测首次采用网格法布设监测断面。网格法是以网格为制图单元，反映制图对象特征的一种地图表示方法。在鄱阳湖湖流监测中，为准确掌握鄱阳湖湖流状况，需要在湖区布设一定的监测断面，一般来讲，监测断面越多，越能够反映鄱阳湖湖流的基本情况，但从经济以及实际操作的角度考虑，湖区监测断面的设立是有限的，不可能在鄱阳湖湖区建立足够多的湖流监测断面。为此，在实际运用中，根据鄱阳湖湖盆形态、主航道走向、湖流特征，考虑监测垂线与常规监测垂线的一致性，以及测点分布的均匀性原则，采用网格法，在鄱阳湖湖区布设一定的监测断面。断面上布设的监测垂线相对稳定，遇鄱阳湖水位落槽，则将垂线转移主航道或深水区，鄱阳湖水资源动态监测各河入湖口站点作为补充，包括各入湖河流控制站在内，保证每测次监测垂线(站点)不少于50条。对大水体多次开展湖流监测即使在我国大型湖泊水文监测史上都属首次。

3.2 监测仪器的使用

鄱阳湖湖流监测采用流动船测的方法。为保证监测资料的一致性、可靠性、同步性，全面掌握鄱阳湖湖流在不同水位级、涨退水面变化规律，取得鄱阳湖湖流原始监测资料，为开展鄱阳湖相关研究奠定基础，鄱阳湖湖流监测动员了全省大量技术人员，对赣江、抚河、信江、饶河、修河、博阳河、西河入湖控制站以及鄱阳湖湖面进行了同步监测。在监测过程中，垂线平面位置采用动态GPS定位，流速流向采用走航式ADCP测流系统施测。通过这些等角和的仪器设备，提高了监测能力，保证了监测精度。

3.3 监测数据的存储与传输

对于自动在线监测获得的数据，通过配置服务器、工作站、液晶大屏幕、绘图仪、网络打印机、交换机、路由器等硬件，开发数据库、监控等软件，建立具有数据自动存储、传输、接收、处理、分析、查询等综合功能的数据集成系统，实现远程控制水文气象监测参数设置，以及实时数据接收、处理、入库、报表自动生成等功效。

对于人工监测获得的数据，通过人工录入进入数据集成系统，实现数据入库存储、自动处理、报表自动生成等功效。

4 湖流的基本形态

鄱阳湖日平均吞吐水量达4亿m3，形成最主要的湖流形态，即吞吐流；鄱阳湖水域宽阔，为全省大风区域，有利于形成风成流；此外，在特定条件下，局部水域有时出现密度流和异重流。

4.1 吞吐型湖流

在吞吐流中，根据流势、流向及江湖水文关系可分重力型、倒灌型和顶托型3种湖流类型。

4.1.1 重力型湖流

重力型湖流是鄱阳湖主要湖流类型，流向自南向北，与主槽走向一致。有时在主槽两侧产生旋流，甚至出现环流，如三山南侧曾多次出现直径达30 km逆时针重力型环流，东北湖湾区出现沿岸线顺时针弧型旋转流。

湖流快慢取决于水面比降的大小与过水断面形态。枯水期湖水归槽，比降增大，流速加快；汛期湖水漫滩，比降减小，流速变慢。流速随水位的变化呈舌状，在漫滩点处(星子水位约11 m)流速最大，漫滩前湖流流速与水位高低成正相关，流速随水位升高而增大；漫滩后流速大小与水位高低成反相关，流速随水位的升高而减小。重力型湖流冬、春季节最强，年内变化呈马鞍型。监测资料显示，重力型湖流北部流速最大，南部次之，中部最小。一般来说，主槽流速大于滩地，流速大小与距主槽的距离成反比，即离主槽越远，则流速越小。

4.1.2 倒灌型湖流

倒灌型湖流常发生在“五河”汛期基本结束、长江水位迅速上涨并高于鄱阳湖水位，且鄱阳湖水面比降较小的7～10月，个别年份6月和11月也出现过倒灌型湖流。

倒灌型湖流出现范围主要取决于倒灌流量持续时间，以及江湖水位等因素。大多数年份倒灌型湖流出现在都昌以北，有的年份仅出现在入江水道内，最大范围可及康山。在倒灌型湖流范围以南水域，其湖流为顶托型。

倒灌型湖流的持续时间，最长的22 d(1958年7月8～29日)，平均每年2.5次，平均每次5.6 d。一般出现在湖口水位18.0 m以下，13 m以上。因倒灌期内湖面比降小，故倒灌型湖流的流速较小，且水位越高，流速越小。面上分布是北部流速大于南部，中部最小(对倒灌型湖流涉及湖体中南部而言)，主槽流速大于滩地，倒灌区与顶托区交界水域的流速趋近于零。

4.1.3 顶托型湖流

顶托型湖流是汛期常见的一种流态，一般发生在“五河”与长江同时涨水，或“五河”大汛已结束，长江涨水尚未达到倒灌条件的情况下。长江对鄱阳湖出流产生顶托时，水面比降极小，流速普遍很小，全湖最大点流速0.8 m/s，多数垂线平均流速小于0.1 m/s，或接近于0。流速面上分布与倒灌型相似，流向与重力型相近，中部南侧有时出现逆时针方向的顶托型环流，但比重力型环流范围小、流速小。东北湖湾区也曾出现沿岸弧型旋流。顶托型湖流流速和流向在垂线上的分布也无规律可循。

4.2 风成型湖流

4.2.1 风成流的基本情况

风成流的流速，主要取决于湖面风速、持续时间和吹程，以及湖水深度及其他水力因素。鄱阳湖风成流主要出现在中、南部主湖区，入江水道和东北湖湾风成流很弱。

即使在主湖区，风成流的强弱也与风成流产生前吞吐型湖流的种类有关。在风力、水深、水力条件均相同的情况下，湖中为顶托型湖流时，所产生的风成流最强；湖中为重力型湖流时，所产生的风成流最弱。原因在于重力型湖流的流速最大，对风成流及其对应补偿流的阻抗作用最大，对风成流的发展起较强的削弱作用；顶托型湖流的流速最小，对风成流的发展无明显削弱作用；倒灌型湖流对风成流的削弱作用介于重力型和顶托型湖流之间。

当风力很大时，主湖区经常形成大范围的水平风成环流，如在松门山东南曾多次出现过直径20～25 km的大环流，出现北风时此环流为顺时针方向，出现南风时为逆时针方向。风成流与其对应的补偿流形成垂直面上的上、下环流，对此有待进一步观测研究。

风成流随时间的变化，主要随风场的改变而迅速地变化。鄱阳湖风成流的变化一般比风向风速的变化只滞后0.5～2.0 h，其流向与风向基本一致。

4.2.2 风成流对吞吐型湖流的影响

在无风和风速较小时，鄱阳湖基本上为吞吐型湖流。但无论是哪种类型的吞吐流，只要受约3 m/s以上风速的影响，均同时存在着风成流。

风成流对吞吐型湖流的影响程度，除自身的强度外，还与吞吐流各类型湖流强度有关。此外，风成流在其形成前对吞吐型湖流的流向也有效应，当风向与原吞吐型湖流的流向不一致时，后者流向会发生偏离。偏离程度取决于风成流流速与原吞吐型湖流流速以及它们之间夹角三者的大小。

无论是流速增减还是方向偏离，都是重力型湖流受风成流的影响较小，顶托型湖流受风成流的影响较大，倒灌型湖流受风成流的影响程度介于两者之间。

风成流除对吞吐型湖流水平方向上的流态有显著影响外，还对吞吐型湖流的垂线分布乃至整个流场均有较大的影响，例如1970年7月27日上午10时棠阴站受大于17 m/s、SSW向大风影响，造成水面与湖底(水深7.7 m)之间0.22 m/s的流速切变和110°的流向切变，当时整个主湖区的流场均与吹风前截然不同。

4.3 密度流与异重流

在迅速升温或迅速降温时，由于岸边与湖中升、降温的差异，造成岸边水体与湖中水体的比重不同，形成密度流，但其出现不多，维持时间较短。

鄱阳湖含沙量仅为长江含沙量的1/7，在江湖水位落差条件均具备时，亦会产生异重流，但出现的机会也较小，影响范围仅限于湖水入江口附近。

5 成果分析

5.1 湖流的空间分布

湖流随地形、水位的高低、水势的涨退、风力等因素而变化。其变化特征主要有：

(1) 以松门山为界，北部湖区(入江水道)流速大于南部湖区(主湖体)。据统计，5次监测中，北部湖区平均流速分别为0.248，0.923，0.666，0.348，0.570 m/s，南部湖区平均流速分别为0.184，0.691，0.551，0.551，0.728 m/s。

(2) 主航道流速大于洲滩、湖湾和蝶形湖区。5次监测中，主航道最大测点流速为0.74～1.79 m/s，洲滩、湖湾和蝶形湖区流速一般不超过0.3 m/s，最小测点流速为0。

(3) 主航道流向主要受水流动力制约，湖水沿航道走向流动，湖湾洲滩流向主要受地形、风力等因素的影响，流向各异。

5.2 湖流与水位的关系

(1) 全湖平均流速随水位的变化。从表1可以看出，第1次监测平均水位12.52 m，高于漫滩水位，全湖平均流速0.213 m/s，为5次监测的最小值；第2、第3、第5次监测，水位均在漫滩水位以下，湖水归槽，全湖平均流速随水位的升高而增大。其中，第2次监测期间，平均水位8.68 m，全湖平均流速0.830 m/s，第3次监测期间，平均水位8.53 m，全湖平均流速0.640 m/s，第5次监测期间，平均水位8.09 m，全湖平均流速0.624 m/s。

(2) 垂线流速随水位的变化。以代表湖口、星子、吴城、康山的1、11、31、60号垂线的水面流速为例，分析湖流的垂线流速随水位的变化。分析各条典型垂线的5次监测结果(见表1)得出，漫滩水位以上(第1、第4次监测)，除上游康山(60)垂线外，其余垂线变幅不大；漫滩水位以下(第2、第3、第5次监测)，以第2次流速为最大，第3次次之，第5次最小。流速随水位的变化和全湖平均流速随水位的变化规律呈对应的关系。

表1 典型垂线水位-湖流变化分析

综上所述，流速与水位(吴淞基面)的关系可概括为：①漫滩水位以上流速小于漫滩水位以下流速；②漫滩水位以下流速随水位上涨而增大。

6 结 语

对湖流进行外业动态监测及内业分析后得出，湖流随地形、水位的高低、水势的涨退、风力等因素而变化。其变化特征如下：①在空间分布方面，以松门山为界，北部湖区(入江水道)流速大于南部湖区(主湖体)；主航道流速大于洲滩、湖湾和蝶形湖区；主航道流向主要受水流动力制约，湖水沿航道走向流动；湖湾洲滩流向主要受地形、风力等因素的影响，流向各异。②在与水位的关系方面，漫滩水位以上流速小于漫滩水位以下流速，漫滩水位以下流速随水位上涨而增大。

参考文献：

[1] 程时长，卢 兵.鄱阳湖湖流特征[J].江西水利科技,2003，29(2)：105-108.

[2] 雷 声，章 重，张秀平.鄱阳湖流域五河尾闾河通演变遥感研究[J].人民长江，2014，45(4)27-31.